Polariserat damm avslöjar ett starkt magnetfält i den antika galaxen – Physics World

Polariserat damm avslöjar ett starkt magnetfält i den antika galaxen – Physics World

Tidsstämpel: 18 september, 2023 11:43

Magnetisk galax
Magnetisk karta: bild av galaxen 9io9 som visar orienteringen av dess magnetfält. (Med tillstånd: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/J Geach et al.)

Det mest avlägsna galaktiska magnetfältet som någonsin observerats har rapporterats av ett internationellt team av astronomer. Fältet tillhörde en galax som heter 9io9, som vi ser som den var för cirka 11 miljarder år sedan – cirka 2.5 miljarder år efter att universum skapades i Big Bang. Upptäckten gjordes genom att studera strålning som sänds ut av dammkorn som var inriktade av galaxens magnetfält.

Magnetiska fält har länge varit kända för att spela en nyckelroll i bildandet av stjärnor och galaxer. Storskaliga ordnade magnetfält har dock bara observerats i Vintergatan och närliggande galaxer.

Även om det har gjorts en del teoretiskt arbete i ämnet, hade det inte varit känt hur snabbt magnetiska fält kunde bildas runt unga galaxer och därmed spela en roll i deras framtida utveckling.

Dåligt förstådd

"Magnetiska fält är en av de saker som är nyckelkomponenter i galaxer men som är relativt dåligt förstådda, jämfört med andra involverade processer", förklarar James Geach, från University of Hertfordshire, som är huvudförfattare till en artikel i Natur som beskriver upptäckten.

En anledning till denna dåliga förståelse är att det är en teknisk utmaning att upptäcka avlägsna magnetfält i unga galaxer. Som ett resultat har magnetfält ofta saknats i många modeller och simuleringar av galaxbildning och evolution. "Det fanns en chans att fältet kan vara väldigt svagt, och vi kanske inte kan upptäcka det," förklarar Geach.

Forskarna valde att studera 9io9 eftersom det är en särskilt lysande galax som är gravitationslinsad. Denna linsning uppstår när ett massivt föremål, som ett svart hål eller en galaxhop, böjer ljus från galaxen som passerar i närheten. Detta kan ha effekten att förstora galaxen som den ses på jorden.

Kompassnålar

Med hjälp av Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) i Chile upptäckte teamet termiska utsläpp från dammkorn runt 9io9. Dammkorn är inte perfekt sfäriska, så de kan anpassas till ett magnetfält som kompassnålar. Dessa korn kan absorbera elektromagnetisk strålning och återutsända den vid längre våglängder

Om dammkornen är magnetiskt inriktade kommer de att avge polariserat ljus. Genom att analysera graden och orienteringen av denna polarisering kunde teamet sluta sig till magnetfältets riktning och styrka i området där dammkornen fanns. De fann att 9io9:s fältstyrka är cirka 20 gånger så stor som Vintergatan och sträcker sig cirka 16,000 XNUMX ljusår över . Teamet använde dessa data för att skapa en magnetfältskarta över den avlägsna galaxen.

"Detta visar att även inom en relativt begränsad tidsperiod från Big Bang kan magnetiska fält som de vi ser i mer lokala galaxer etableras", förklarar Geach.

Rainer Beck är expert på galaktiska magnetfält, som gick i pension från Max-Planck Institute for Radioastronomy 2018. Han berättade Fysikvärlden att han blev förvånad över 9io9:s fältstyrka: "Det är verkligen fantastiskt, och det är något som säger att magnetiska krafter redan är väldigt, väldigt viktiga i det mycket tidiga universum".

Tittar bakåt i tiden

Beck tillägger att 9io9 representerar ett "enormt hopp" i vår förståelse av magnetfälten i äldre galaxer. "Tills nu har vi bara haft en viss indikation på ordnade fält upp till en rödförskjutning på 0.4, men det här är en rödförskjutning på 2.6."

Rödförskjutning hänvisar till i vilken grad våglängden på ljuset från galaxen har sträckts ut av universums pågående expansion – med högre rödförskjutningar som motsvarar äldre och mer avlägsna objekt.

Som observerats är galaxen 9io9 fortfarande i sin linda och ligger i det tidiga universum. Som ett resultat är den fortfarande rik på turbulenta joniserade gaser som inte har kollapsat för att bilda stjärnor, och forskarna har utvecklat en teori om hur denna turbulens är relaterad till magnetfältet.

Turbulent rörelse

Galaxen är formad som en skiva som roterar snabbt. Den innehåller också turbulenta rörelser från stjärnfeedback, vilket hänvisar till de fysiska processerna hos stjärnor som kan forma deras miljö. Detta inkluderar stjärnvindar, som är strålar av laddade partiklar som skjuter ut från stjärnor.

"Vi tror att det är den där intensiva stjärnbildningen som driver upp gasen som initialt har förstärkt magnetfältet," sa Geach, "du har rotationen av galaxen som sker samtidigt, vilket liksom lindar upp fältet till en mer sammanhängande struktur.”

Teamet föreslår att denna "dubbla dynamo" kan vara hur ordnade magnetfält i galaktisk skala kan bildas tidigt i unga galaxer.

Geach säger att framtida studier kan syfta till att kartlägga magnetfältet i högre upplösning för att lösa de olika komponenterna i fältet och avslöja dess fina struktur.

Tidsstämpel:

Mer från Fysikvärlden